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Chromlegierung
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<tb>
<tb> - <SEP> 13710Gew. <SEP> -0/0, <SEP> Rest <SEP> Chrom
<tb> Legierung <SEP> Gusshärte
<tb> Nr. <SEP> Y <SEP> Al <SEP> W <SEP> (Ra)
<tb> 41 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 61
<tb> 42 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 61
<tb> 43 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 66
<tb> 44 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 67
<tb> 45 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 56
<tb> 46 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 42
<tb> 68 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 61
<tb> 69 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 56
<tb>
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Der in dieser Tabelle angegebene Yttriumgehalt der Legierungszusammensetzung ist das in der Legierung zurückgehaltene,
nicht das während des Schmelzens der Legierung zugesetzte Yttrium. Häufig findet man infolge der Getter-Wirkung des Yttriums verhältnismässig grosse Unterschiede zwischen den Mengen des zugesetzten und des in der Legierung verbleibenden Yttriums.
In der obigen Tabelle ist zu beachten, dass durch einen geringen Zusatz von nur etwa l% Wolfram und einen kleinen Aluminiumanteil die mit der Festigkeit in Beziehung stehende Härte gegenüber den andern Legierungen schon bedeutend herabgesetzt wird. Da die Legierung 42 nach einem Wolframzusatz von etwa 2 Grew.-% eine bessere Härte aufweist, ergibt sich bereits bei einer blossen Erwägung der Festigkeitseigenschaften, dass Legierungen mit wesentlich geringeren Zusätzen als diesen Mengen bei höheren Temperaturen verhältnismässig geringe Festigkeit haben müssen.
Die nachfolgende Tabelle 2 gibt die Oxydationsweite bei 13710 C von Untersuchungen an, die mit innerhalb und ausserhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegenden Legierungen erhalten wurden. Der in Tabelle 2 angegebene Gewichtsunterschied (A Gew.) hat die folgende Bedeutung "Brutto" ist der Gewichtsunterschied zwischen dem Probestück vor der Untersuchung und dem Probestück plus anhaftendem oder abgelöstem Rückstand nach der Untersuchung "Netto" ist der Gewichtsunterschied zwischen dem
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ten, ein hoher Nettogewichtsunterschied weist darauf hin, dass sich ein verhältnismässig hoher Anteil des Oxydationsproduktes während der Untersuchung auf Oxydationsbeständigkeit, beispielsweise durch Schuppenbildung, abgelöst hat.
Selbst wenn jedoch der Bruttogewichtsunterschied hoch ist, bedeutet ein verhältnismässig geringer Unterschied zwischen den Brutto- und Nettowerten, dass das Oxydationsprodukt festhaftend ist und die Legierung daher gute Oxydationsbeständigkeit aufweist. Dies ist bei Legierung 43 der Fall, die einen in Gegenwart von Luft und bei höheren Temperaturen gebildeten, fest anhaftenden Oberflächenteil aufweist.
Es ist zu beachten, dass die Legierungen 41,68 und 69 eine verhältnismässig grosse Differenz zwischen Brutto- und Nettogewichtsunterschieden aufweisen, wobei die Legierungen 68 und 69 ganz ungewöhnlich hohe Nettogewichtsverluste zeigen. So ist dann, wenn kein Aluminium in der Legierung vorhanden ist, die Oxydationsbeständigkeit bei 13710 C ernstlich beeinträchtigt.
Tabelle 2 :
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<tb>
<tb> Oxydation <SEP> bei <SEP> 13710 <SEP> C
<tb> AGew. <SEP> (mg/cm2)
<tb> Legierung <SEP> Zeit <SEP> Gewichtsunterschied
<tb> Nr. <SEP> h <SEP> Brutto <SEP> Netto <SEP> Diff. <SEP>
<tb> 41 <SEP> 90 <SEP> 18, <SEP> 6-3, <SEP> 1 <SEP> 21, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 42 <SEP> 90 <SEP> 13, <SEP> 2-2, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 43 <SEP> 85 <SEP> 21, <SEP> 7 <SEP> 13, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 44 <SEP> 90 <SEP> 17, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 45 <SEP> 90 <SEP> 9, <SEP> 4-3, <SEP> 1 <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 68 <SEP> 75 <SEP> 10, <SEP> 1-21, <SEP> 7 <SEP> 31, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 69 <SEP> 75 <SEP> 2, <SEP> 3-17, <SEP> 1 <SEP> 19, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Die bei den Oxydationsprüfungen verwendeten Probestücke waren aus Ingots von 25, 4 mm Durchmesser geschnittene, 6, 35 mm dicke Scheiben.
Die Probestücke wurden in Tonerdeschiffchen gelegt und in Öfen mit ruhender Luft eingesetzt. Die Bruttogewichtsunterschiede wurden in Zeitabständen von 25 h gemessen, die Nettogewichtsunterschiede wurden nach Beendigung der Untersuchungen bestimmt.
Die Legierungen gemäss der Erfindung verbinden Festigkeit, wie aus den Werten für die Gusshärte in Tabelle 1 und für die Zugfestigkeit in der nachfolgenden Tabelle 3 hervorgeht, mit verbesserter Oxydationsbeständigkeit nach Tabelle 2, und stellen somit verbesserte Chromlegierungen dar, die im wesentlichen, in Gew. -0/0 ausgedrückt, aus 0, 2-0, 7% Yttrium, 2-5% Aluminium sowie etwa 2 - 120/0 Wolfram, Rest Chrom, bestehen.
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Tabelle 3 :
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<tb>
<tb> Festigkeitseigenschaften <SEP> bei <SEP> 1371 <SEP> C
<tb> Streckgrenze
<tb> Legierung <SEP> Zerreissfestigkeit <SEP> 0,2% <SEP> Dehnung
<tb> Nr. <SEP> t/cm2 <SEP> t/cm2 <SEP> %
<tb> 45 <SEP> 0,69 <SEP> 0,60 <SEP> 13,5
<tb>
Die Tabelle 3 gibt die durchschnittlichen Festigkeitswerte von Untersuchungen an, die bei 13710 C für eine erfindungsgemässe Legierung durchgeführt wurden.
Die vorgenannten Legierungen wurden nach einem üblichen Schmelzverfahren als Ingots von 0, 91 bis 1, 36 kg Gewicht hergestellt. Es wurde gefunden, dass dieses Verfahren die Hauptvorteile sowohl der gebräuchlichen Lichtbogen- als auch der Induktionsschmelzverfahren besitzt, die Möglichkeit einer Verunreinigung vermindert und es ausserdem ermöglicht, die gesamte Charge vor dem Giessen während längerer Zeit geschmolzen zu halten. Der verwendete Ofen vom Standardtypus ist mit einem wassergekühlten kupfernen Schmelztiegel von 20, 3 cm Durchmesser und 20, 3 cm Tiefe ausgestattet. Zur Einrichtung gehören ausserdem die üblichen Vakuumpumpen und Gleichstromanschlüsse.
Die Legierungen wurden aus einer 1, 36 kg-Charge erschmolzen, wobei ein Schmelzzyklus von 16 min angewendet wurde und Gussstücke mit einem Durchmesser von 25, 4 mm erzielt wurden. Die Beschickung wurde in die Schmelzschale gegeben und unter einem statischen Partialdruck von etwa 1 bis 5 mm Argon geschmolzen.
Die bei der Festigkeitsprüfung zur Bestimmung der Eigenschaften bei hohen Temperaturen verwendeten Probestücke wurden durch Bearbeitung von stranggepresstem Material erhalten. Die Probestücke besassen auch einen Abschnitt von 4, 06 mm Durchmesser und 25, 4 mm Länge.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Chromlegierung mit einem Gehalt von 0, 2 bis 0, 7 Gew... PJo Yttrium und 2 - 5 Gew.-% Aluminium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie aussetdem 2-12 Gew.-% Wolfram, Rest Chrom, enthält.
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Chrome alloy
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<tb>
<tb> - <SEP> 13710 Weight. <SEP> -0/0, <SEP> rest <SEP> chrome
<tb> alloy <SEP> casting hardness
<tb> No. <SEP> Y <SEP> Al <SEP> W <SEP> (Ra)
<tb> 41 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 61
<tb> 42 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 61
<tb> 43 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 66
<tb> 44 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 67
<tb> 45 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 56
<tb> 46 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 42
<tb> 68 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 61
<tb> 69 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 56
<tb>
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The yttrium content of the alloy composition given in this table is that retained in the alloy,
not the yttrium added during the melting of the alloy. Often, due to the getter effect of the yttrium, relatively large differences are found between the amounts of the added yttrium and that remaining in the alloy.
In the table above it should be noted that a small addition of only about 1% tungsten and a small proportion of aluminum significantly reduces the hardness related to the strength compared to the other alloys. Since alloy 42 has a better hardness after an addition of tungsten of about 2% by weight, a mere consideration of the strength properties shows that alloys with significantly lower additives than these amounts must have relatively low strength at higher temperatures.
Table 2 below gives the oxidation range at 13710 ° C. of tests which were obtained with alloys lying within and outside the scope of the invention. The weight difference (A weight) given in Table 2 has the following meaning. "Gross" is the weight difference between the test piece before the test and the test piece plus adhering or detached residue after the test. "Net" is the weight difference between the test piece
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ten, a high net weight difference indicates that a relatively high proportion of the oxidation product has become detached during the examination for resistance to oxidation, for example due to flaking.
However, even if the difference in gross weight is large, a relatively small difference between the gross and net values means that the oxidation product is firmly adherent and the alloy therefore has good oxidation resistance. This is the case with alloy 43, which has a firmly adhering surface part formed in the presence of air and at higher temperatures.
It should be noted that alloys 41, 68 and 69 show a comparatively large difference between gross and net weight differences, with alloys 68 and 69 showing unusually high net weight losses. Thus, if there is no aluminum in the alloy, the oxidation resistance at 13710 C is seriously impaired.
Table 2:
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<tb>
<tb> Oxidation <SEP> at <SEP> 13710 <SEP> C
<tb> AGew. <SEP> (mg / cm2)
<tb> alloy <SEP> time <SEP> weight difference
<tb> No. <SEP> h <SEP> Gross <SEP> Net <SEP> Diff. <SEP>
<tb> 41 <SEP> 90 <SEP> 18, <SEP> 6-3, <SEP> 1 <SEP> 21, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 42 <SEP> 90 <SEP> 13, <SEP> 2-2, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 43 <SEP> 85 <SEP> 21, <SEP> 7 <SEP> 13, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 44 <SEP> 90 <SEP> 17, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 45 <SEP> 90 <SEP> 9, <SEP> 4-3, <SEP> 1 <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 68 <SEP> 75 <SEP> 10, <SEP> 1-21, <SEP> 7 <SEP> 31, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 69 <SEP> 75 <SEP> 2, <SEP> 3-17, <SEP> 1 <SEP> 19, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
The specimens used in the oxidation tests were 6.35 mm thick slices cut from ingots 25.4 mm in diameter.
The specimens were placed in alumina boats and placed in still air ovens. The gross weight differences were measured at time intervals of 25 hours, the net weight differences were determined after the end of the tests.
The alloys according to the invention combine strength, as can be seen from the values for the casting hardness in Table 1 and for the tensile strength in Table 3 below, with improved oxidation resistance according to Table 2, and thus represent improved chromium alloys, which are essentially, in wt. -0/0 expressed, consist of 0.2-0.7% yttrium, 2-5% aluminum and about 2-120/0 tungsten, the remainder being chromium.
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Table 3:
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<tb>
<tb> Strength properties <SEP> at <SEP> 1371 <SEP> C
<tb> yield point
<tb> alloy <SEP> tear strength <SEP> 0.2% <SEP> elongation
<tb> No. <SEP> t / cm2 <SEP> t / cm2 <SEP>%
<tb> 45 <SEP> 0.69 <SEP> 0.60 <SEP> 13.5
<tb>
Table 3 shows the average strength values of tests carried out at 13710 C for an alloy according to the invention.
The aforementioned alloys were produced as ingots from 0.91 to 1.36 kg in weight by a conventional melting process. This process has been found to have the major advantages of both conventional arc and induction melting processes, reducing the possibility of contamination and also allowing the entire batch to be kept molten for extended periods of time prior to casting. The standard type furnace used is equipped with a water-cooled copper crucible 20.3 cm in diameter and 20.3 cm deep. The equipment also includes the usual vacuum pumps and direct current connections.
The alloys were melted from a 1.36 kg charge, using a melting cycle of 16 minutes and casting pieces with a diameter of 25.4 mm. The charge was placed in the melting pot and melted under a static partial pressure of about 1 to 5 mm of argon.
The specimens used in the strength test to determine the properties at high temperatures were obtained by machining an extruded material. The coupons also had a section 4.06 mm in diameter and 25.4 mm in length.
PATENT CLAIMS:
1. Chromium alloy with a content of 0.2 to 0.7 wt.